avfilter/firequalizer: use zero phase kernel
[ffmpeg.git] / libavfilter / af_firequalizer.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2016 Muhammad Faiz <mfcc64@gmail.com>
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 #include "libavutil/opt.h"
22 #include "libavutil/eval.h"
23 #include "libavutil/avassert.h"
24 #include "libavcodec/avfft.h"
25 #include "avfilter.h"
26 #include "internal.h"
27 #include "audio.h"
28
29 #define RDFT_BITS_MIN 4
30 #define RDFT_BITS_MAX 16
31
32 enum WindowFunc {
33     WFUNC_RECTANGULAR,
34     WFUNC_HANN,
35     WFUNC_HAMMING,
36     WFUNC_BLACKMAN,
37     WFUNC_NUTTALL3,
38     WFUNC_MNUTTALL3,
39     WFUNC_NUTTALL,
40     WFUNC_BNUTTALL,
41     WFUNC_BHARRIS,
42     WFUNC_TUKEY,
43     NB_WFUNC
44 };
45
46 enum Scale {
47     SCALE_LINLIN,
48     SCALE_LINLOG,
49     SCALE_LOGLIN,
50     SCALE_LOGLOG,
51     NB_SCALE
52 };
53
54 #define NB_GAIN_ENTRY_MAX 4096
55 typedef struct {
56     double  freq;
57     double  gain;
58 } GainEntry;
59
60 typedef struct {
61     int buf_idx;
62     int overlap_idx;
63 } OverlapIndex;
64
65 typedef struct {
66     const AVClass *class;
67
68     RDFTContext   *analysis_rdft;
69     RDFTContext   *analysis_irdft;
70     RDFTContext   *rdft;
71     RDFTContext   *irdft;
72     int           analysis_rdft_len;
73     int           rdft_len;
74
75     float         *analysis_buf;
76     float         *dump_buf;
77     float         *kernel_tmp_buf;
78     float         *kernel_buf;
79     float         *conv_buf;
80     OverlapIndex  *conv_idx;
81     int           fir_len;
82     int           nsamples_max;
83     int64_t       next_pts;
84     int           frame_nsamples_max;
85     int           remaining;
86
87     char          *gain_cmd;
88     char          *gain_entry_cmd;
89     const char    *gain;
90     const char    *gain_entry;
91     double        delay;
92     double        accuracy;
93     int           wfunc;
94     int           fixed;
95     int           multi;
96     int           zero_phase;
97     int           scale;
98     char          *dumpfile;
99     int           dumpscale;
100
101     int           nb_gain_entry;
102     int           gain_entry_err;
103     GainEntry     gain_entry_tbl[NB_GAIN_ENTRY_MAX];
104 } FIREqualizerContext;
105
106 #define OFFSET(x) offsetof(FIREqualizerContext, x)
107 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
108
109 static const AVOption firequalizer_options[] = {
110     { "gain", "set gain curve", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "gain_interpolate(f)" }, 0, 0, FLAGS },
111     { "gain_entry", "set gain entry", OFFSET(gain_entry), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = NULL }, 0, 0, FLAGS },
112     { "delay", "set delay", OFFSET(delay), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.01 }, 0.0, 1e10, FLAGS },
113     { "accuracy", "set accuracy", OFFSET(accuracy), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 5.0 }, 0.0, 1e10, FLAGS },
114     { "wfunc", "set window function", OFFSET(wfunc), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = WFUNC_HANN }, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "wfunc" },
115         { "rectangular", "rectangular window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_RECTANGULAR }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
116         { "hann", "hann window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_HANN }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
117         { "hamming", "hamming window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_HAMMING }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
118         { "blackman", "blackman window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_BLACKMAN }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
119         { "nuttall3", "3-term nuttall window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_NUTTALL3 }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
120         { "mnuttall3", "minimum 3-term nuttall window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_MNUTTALL3 }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
121         { "nuttall", "nuttall window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_NUTTALL }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
122         { "bnuttall", "blackman-nuttall window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_BNUTTALL }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
123         { "bharris", "blackman-harris window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_BHARRIS }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
124         { "tukey", "tukey window", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = WFUNC_TUKEY }, 0, 0, FLAGS, "wfunc" },
125     { "fixed", "set fixed frame samples", OFFSET(fixed), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
126     { "multi", "set multi channels mode", OFFSET(multi), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
127     { "zero_phase", "set zero phase mode", OFFSET(zero_phase), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
128     { "scale", "set gain scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = SCALE_LINLOG }, 0, NB_SCALE-1, FLAGS, "scale" },
129         { "linlin", "linear-freq linear-gain", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = SCALE_LINLIN }, 0, 0, FLAGS, "scale" },
130         { "linlog", "linear-freq logarithmic-gain", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = SCALE_LINLOG }, 0, 0, FLAGS, "scale" },
131         { "loglin", "logarithmic-freq linear-gain", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = SCALE_LOGLIN }, 0, 0, FLAGS, "scale" },
132         { "loglog", "logarithmic-freq logarithmic-gain", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = SCALE_LOGLOG }, 0, 0, FLAGS, "scale" },
133     { "dumpfile", "set dump file", OFFSET(dumpfile), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = NULL }, 0, 0, FLAGS },
134     { "dumpscale", "set dump scale", OFFSET(dumpscale), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = SCALE_LINLOG }, 0, NB_SCALE-1, FLAGS, "scale" },
135     { NULL }
136 };
137
138 AVFILTER_DEFINE_CLASS(firequalizer);
139
140 static void common_uninit(FIREqualizerContext *s)
141 {
142     av_rdft_end(s->analysis_rdft);
143     av_rdft_end(s->analysis_irdft);
144     av_rdft_end(s->rdft);
145     av_rdft_end(s->irdft);
146     s->analysis_rdft = s->analysis_irdft = s->rdft = s->irdft = NULL;
147
148     av_freep(&s->analysis_buf);
149     av_freep(&s->dump_buf);
150     av_freep(&s->kernel_tmp_buf);
151     av_freep(&s->kernel_buf);
152     av_freep(&s->conv_buf);
153     av_freep(&s->conv_idx);
154 }
155
156 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
157 {
158     FIREqualizerContext *s = ctx->priv;
159
160     common_uninit(s);
161     av_freep(&s->gain_cmd);
162     av_freep(&s->gain_entry_cmd);
163 }
164
165 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
166 {
167     AVFilterChannelLayouts *layouts;
168     AVFilterFormats *formats;
169     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = {
170         AV_SAMPLE_FMT_FLTP,
171         AV_SAMPLE_FMT_NONE
172     };
173     int ret;
174
175     layouts = ff_all_channel_counts();
176     if (!layouts)
177         return AVERROR(ENOMEM);
178     ret = ff_set_common_channel_layouts(ctx, layouts);
179     if (ret < 0)
180         return ret;
181
182     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
183     if (!formats)
184         return AVERROR(ENOMEM);
185     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
186     if (ret < 0)
187         return ret;
188
189     formats = ff_all_samplerates();
190     if (!formats)
191         return AVERROR(ENOMEM);
192     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
193 }
194
195 static void fast_convolute(FIREqualizerContext *s, const float *kernel_buf, float *conv_buf,
196                            OverlapIndex *idx, float *data, int nsamples)
197 {
198     if (nsamples <= s->nsamples_max) {
199         float *buf = conv_buf + idx->buf_idx * s->rdft_len;
200         float *obuf = conv_buf + !idx->buf_idx * s->rdft_len + idx->overlap_idx;
201         int center = s->fir_len/2;
202         int k;
203
204         memset(buf, 0, center * sizeof(*data));
205         memcpy(buf + center, data, nsamples * sizeof(*data));
206         memset(buf + center + nsamples, 0, (s->rdft_len - nsamples - center) * sizeof(*data));
207         av_rdft_calc(s->rdft, buf);
208
209         buf[0] *= kernel_buf[0];
210         buf[1] *= kernel_buf[s->rdft_len/2];
211         for (k = 1; k < s->rdft_len/2; k++) {
212             buf[2*k] *= kernel_buf[k];
213             buf[2*k+1] *= kernel_buf[k];
214         }
215
216         av_rdft_calc(s->irdft, buf);
217         for (k = 0; k < s->rdft_len - idx->overlap_idx; k++)
218             buf[k] += obuf[k];
219         memcpy(data, buf, nsamples * sizeof(*data));
220         idx->buf_idx = !idx->buf_idx;
221         idx->overlap_idx = nsamples;
222     } else {
223         while (nsamples > s->nsamples_max * 2) {
224             fast_convolute(s, kernel_buf, conv_buf, idx, data, s->nsamples_max);
225             data += s->nsamples_max;
226             nsamples -= s->nsamples_max;
227         }
228         fast_convolute(s, kernel_buf, conv_buf, idx, data, nsamples/2);
229         fast_convolute(s, kernel_buf, conv_buf, idx, data + nsamples/2, nsamples - nsamples/2);
230     }
231 }
232
233 static void dump_fir(AVFilterContext *ctx, FILE *fp, int ch)
234 {
235     FIREqualizerContext *s = ctx->priv;
236     int rate = ctx->inputs[0]->sample_rate;
237     int xlog = s->dumpscale == SCALE_LOGLIN || s->dumpscale == SCALE_LOGLOG;
238     int ylog = s->dumpscale == SCALE_LINLOG || s->dumpscale == SCALE_LOGLOG;
239     int x;
240     int center = s->fir_len / 2;
241     double delay = s->zero_phase ? 0.0 : (double) center / rate;
242     double vx, ya, yb;
243
244     s->analysis_buf[0] *= s->rdft_len/2;
245     for (x = 1; x <= center; x++) {
246         s->analysis_buf[x] *= s->rdft_len/2;
247         s->analysis_buf[s->analysis_rdft_len - x] *= s->rdft_len/2;
248     }
249
250     if (ch)
251         fprintf(fp, "\n\n");
252
253     fprintf(fp, "# time[%d] (time amplitude)\n", ch);
254
255     for (x = center; x > 0; x--)
256         fprintf(fp, "%15.10f %15.10f\n", delay - (double) x / rate, (double) s->analysis_buf[s->analysis_rdft_len - x]);
257
258     for (x = 0; x <= center; x++)
259         fprintf(fp, "%15.10f %15.10f\n", delay + (double)x / rate , (double) s->analysis_buf[x]);
260
261     av_rdft_calc(s->analysis_rdft, s->analysis_buf);
262
263     fprintf(fp, "\n\n# freq[%d] (frequency desired_gain actual_gain)\n", ch);
264
265     for (x = 0; x <= s->analysis_rdft_len/2; x++) {
266         int i = (x == s->analysis_rdft_len/2) ? 1 : 2 * x;
267         vx = (double)x * rate / s->analysis_rdft_len;
268         if (xlog)
269             vx = log2(0.05*vx);
270         ya = s->dump_buf[i];
271         yb = s->analysis_buf[i];
272         if (ylog) {
273             ya = 20.0 * log10(fabs(ya));
274             yb = 20.0 * log10(fabs(yb));
275         }
276         fprintf(fp, "%17.10f %17.10f %17.10f\n", vx, ya, yb);
277     }
278 }
279
280 static double entry_func(void *p, double freq, double gain)
281 {
282     AVFilterContext *ctx = p;
283     FIREqualizerContext *s = ctx->priv;
284
285     if (s->nb_gain_entry >= NB_GAIN_ENTRY_MAX) {
286         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "entry table overflow.\n");
287         s->gain_entry_err = AVERROR(EINVAL);
288         return 0;
289     }
290
291     if (isnan(freq)) {
292         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "nan frequency (%g, %g).\n", freq, gain);
293         s->gain_entry_err = AVERROR(EINVAL);
294         return 0;
295     }
296
297     if (s->nb_gain_entry > 0 && freq <= s->gain_entry_tbl[s->nb_gain_entry - 1].freq) {
298         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "unsorted frequency (%g, %g).\n", freq, gain);
299         s->gain_entry_err = AVERROR(EINVAL);
300         return 0;
301     }
302
303     s->gain_entry_tbl[s->nb_gain_entry].freq = freq;
304     s->gain_entry_tbl[s->nb_gain_entry].gain = gain;
305     s->nb_gain_entry++;
306     return 0;
307 }
308
309 static int gain_entry_compare(const void *key, const void *memb)
310 {
311     const double *freq = key;
312     const GainEntry *entry = memb;
313
314     if (*freq < entry[0].freq)
315         return -1;
316     if (*freq > entry[1].freq)
317         return 1;
318     return 0;
319 }
320
321 static double gain_interpolate_func(void *p, double freq)
322 {
323     AVFilterContext *ctx = p;
324     FIREqualizerContext *s = ctx->priv;
325     GainEntry *res;
326     double d0, d1, d;
327
328     if (isnan(freq))
329         return freq;
330
331     if (!s->nb_gain_entry)
332         return 0;
333
334     if (freq <= s->gain_entry_tbl[0].freq)
335         return s->gain_entry_tbl[0].gain;
336
337     if (freq >= s->gain_entry_tbl[s->nb_gain_entry-1].freq)
338         return s->gain_entry_tbl[s->nb_gain_entry-1].gain;
339
340     res = bsearch(&freq, &s->gain_entry_tbl, s->nb_gain_entry - 1, sizeof(*res), gain_entry_compare);
341     av_assert0(res);
342
343     d  = res[1].freq - res[0].freq;
344     d0 = freq - res[0].freq;
345     d1 = res[1].freq - freq;
346
347     if (d0 && d1)
348         return (d0 * res[1].gain + d1 * res[0].gain) / d;
349
350     if (d0)
351         return res[1].gain;
352
353     return res[0].gain;
354 }
355
356 static double cubic_interpolate_func(void *p, double freq)
357 {
358     AVFilterContext *ctx = p;
359     FIREqualizerContext *s = ctx->priv;
360     GainEntry *res;
361     double x, x2, x3;
362     double a, b, c, d;
363     double m0, m1, m2, msum, unit;
364
365     if (!s->nb_gain_entry)
366         return 0;
367
368     if (freq <= s->gain_entry_tbl[0].freq)
369         return s->gain_entry_tbl[0].gain;
370
371     if (freq >= s->gain_entry_tbl[s->nb_gain_entry-1].freq)
372         return s->gain_entry_tbl[s->nb_gain_entry-1].gain;
373
374     res = bsearch(&freq, &s->gain_entry_tbl, s->nb_gain_entry - 1, sizeof(*res), gain_entry_compare);
375     av_assert0(res);
376
377     unit = res[1].freq - res[0].freq;
378     m0 = res != s->gain_entry_tbl ?
379          unit * (res[0].gain - res[-1].gain) / (res[0].freq - res[-1].freq) : 0;
380     m1 = res[1].gain - res[0].gain;
381     m2 = res != s->gain_entry_tbl + s->nb_gain_entry - 2 ?
382          unit * (res[2].gain - res[1].gain) / (res[2].freq - res[1].freq) : 0;
383
384     msum = fabs(m0) + fabs(m1);
385     m0 = msum > 0 ? (fabs(m0) * m1 + fabs(m1) * m0) / msum : 0;
386     msum = fabs(m1) + fabs(m2);
387     m1 = msum > 0 ? (fabs(m1) * m2 + fabs(m2) * m1) / msum : 0;
388
389     d = res[0].gain;
390     c = m0;
391     b = 3 * res[1].gain - m1 - 2 * c - 3 * d;
392     a = res[1].gain - b - c - d;
393
394     x = (freq - res[0].freq) / unit;
395     x2 = x * x;
396     x3 = x2 * x;
397
398     return a * x3 + b * x2 + c * x + d;
399 }
400
401 static const char *const var_names[] = {
402     "f",
403     "sr",
404     "ch",
405     "chid",
406     "chs",
407     "chlayout",
408     NULL
409 };
410
411 enum VarOffset {
412     VAR_F,
413     VAR_SR,
414     VAR_CH,
415     VAR_CHID,
416     VAR_CHS,
417     VAR_CHLAYOUT,
418     VAR_NB
419 };
420
421 static int generate_kernel(AVFilterContext *ctx, const char *gain, const char *gain_entry)
422 {
423     FIREqualizerContext *s = ctx->priv;
424     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
425     const char *gain_entry_func_names[] = { "entry", NULL };
426     const char *gain_func_names[] = { "gain_interpolate", "cubic_interpolate", NULL };
427     double (*gain_entry_funcs[])(void *, double, double) = { entry_func, NULL };
428     double (*gain_funcs[])(void *, double) = { gain_interpolate_func, cubic_interpolate_func, NULL };
429     double vars[VAR_NB];
430     AVExpr *gain_expr;
431     int ret, k, center, ch;
432     int xlog = s->scale == SCALE_LOGLIN || s->scale == SCALE_LOGLOG;
433     int ylog = s->scale == SCALE_LINLOG || s->scale == SCALE_LOGLOG;
434     FILE *dump_fp = NULL;
435
436     s->nb_gain_entry = 0;
437     s->gain_entry_err = 0;
438     if (gain_entry) {
439         double result = 0.0;
440         ret = av_expr_parse_and_eval(&result, gain_entry, NULL, NULL, NULL, NULL,
441                                      gain_entry_func_names, gain_entry_funcs, ctx, 0, ctx);
442         if (ret < 0)
443             return ret;
444         if (s->gain_entry_err < 0)
445             return s->gain_entry_err;
446     }
447
448     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "nb_gain_entry = %d.\n", s->nb_gain_entry);
449
450     ret = av_expr_parse(&gain_expr, gain, var_names,
451                         gain_func_names, gain_funcs, NULL, NULL, 0, ctx);
452     if (ret < 0)
453         return ret;
454
455     if (s->dumpfile && (!s->dump_buf || !s->analysis_rdft || !(dump_fp = fopen(s->dumpfile, "w"))))
456         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "dumping failed.\n");
457
458     vars[VAR_CHS] = inlink->channels;
459     vars[VAR_CHLAYOUT] = inlink->channel_layout;
460     vars[VAR_SR] = inlink->sample_rate;
461     for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
462         float *rdft_buf = s->kernel_tmp_buf + ch * s->rdft_len;
463         double result;
464         vars[VAR_CH] = ch;
465         vars[VAR_CHID] = av_channel_layout_extract_channel(inlink->channel_layout, ch);
466         vars[VAR_F] = 0.0;
467         if (xlog)
468             vars[VAR_F] = log2(0.05 * vars[VAR_F]);
469         result = av_expr_eval(gain_expr, vars, ctx);
470         s->analysis_buf[0] = ylog ? pow(10.0, 0.05 * result) : result;
471
472         vars[VAR_F] = 0.5 * inlink->sample_rate;
473         if (xlog)
474             vars[VAR_F] = log2(0.05 * vars[VAR_F]);
475         result = av_expr_eval(gain_expr, vars, ctx);
476         s->analysis_buf[1] = ylog ? pow(10.0, 0.05 * result) : result;
477
478         for (k = 1; k < s->analysis_rdft_len/2; k++) {
479             vars[VAR_F] = k * ((double)inlink->sample_rate /(double)s->analysis_rdft_len);
480             if (xlog)
481                 vars[VAR_F] = log2(0.05 * vars[VAR_F]);
482             result = av_expr_eval(gain_expr, vars, ctx);
483             s->analysis_buf[2*k] = ylog ? pow(10.0, 0.05 * result) : result;
484             s->analysis_buf[2*k+1] = 0.0;
485         }
486
487         if (s->dump_buf)
488             memcpy(s->dump_buf, s->analysis_buf, s->analysis_rdft_len * sizeof(*s->analysis_buf));
489
490         av_rdft_calc(s->analysis_irdft, s->analysis_buf);
491         center = s->fir_len / 2;
492
493         for (k = 0; k <= center; k++) {
494             double u = k * (M_PI/center);
495             double win;
496             switch (s->wfunc) {
497             case WFUNC_RECTANGULAR:
498                 win = 1.0;
499                 break;
500             case WFUNC_HANN:
501                 win = 0.5 + 0.5 * cos(u);
502                 break;
503             case WFUNC_HAMMING:
504                 win = 0.53836 + 0.46164 * cos(u);
505                 break;
506             case WFUNC_BLACKMAN:
507                 win = 0.42 + 0.5 * cos(u) + 0.08 * cos(2*u);
508                 break;
509             case WFUNC_NUTTALL3:
510                 win = 0.40897 + 0.5 * cos(u) + 0.09103 * cos(2*u);
511                 break;
512             case WFUNC_MNUTTALL3:
513                 win = 0.4243801 + 0.4973406 * cos(u) + 0.0782793 * cos(2*u);
514                 break;
515             case WFUNC_NUTTALL:
516                 win = 0.355768 + 0.487396 * cos(u) + 0.144232 * cos(2*u) + 0.012604 * cos(3*u);
517                 break;
518             case WFUNC_BNUTTALL:
519                 win = 0.3635819 + 0.4891775 * cos(u) + 0.1365995 * cos(2*u) + 0.0106411 * cos(3*u);
520                 break;
521             case WFUNC_BHARRIS:
522                 win = 0.35875 + 0.48829 * cos(u) + 0.14128 * cos(2*u) + 0.01168 * cos(3*u);
523                 break;
524             case WFUNC_TUKEY:
525                 win = (u <= 0.5 * M_PI) ? 1.0 : (0.5 + 0.5 * cos(2*u - M_PI));
526                 break;
527             default:
528                 av_assert0(0);
529             }
530             s->analysis_buf[k] *= (2.0/s->analysis_rdft_len) * (2.0/s->rdft_len) * win;
531             if (k)
532                 s->analysis_buf[s->analysis_rdft_len - k] = s->analysis_buf[k];
533         }
534
535         memset(s->analysis_buf + center + 1, 0, (s->analysis_rdft_len - s->fir_len) * sizeof(*s->analysis_buf));
536         memcpy(rdft_buf, s->analysis_buf, s->rdft_len/2 * sizeof(*s->analysis_buf));
537         memcpy(rdft_buf + s->rdft_len/2, s->analysis_buf + s->analysis_rdft_len - s->rdft_len/2, s->rdft_len/2 * sizeof(*s->analysis_buf));
538         av_rdft_calc(s->rdft, rdft_buf);
539
540         for (k = 0; k < s->rdft_len; k++) {
541             if (isnan(rdft_buf[k]) || isinf(rdft_buf[k])) {
542                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "filter kernel contains nan or infinity.\n");
543                 av_expr_free(gain_expr);
544                 if (dump_fp)
545                     fclose(dump_fp);
546                 return AVERROR(EINVAL);
547             }
548         }
549
550         rdft_buf[s->rdft_len-1] = rdft_buf[1];
551         for (k = 0; k < s->rdft_len/2; k++)
552             rdft_buf[k] = rdft_buf[2*k];
553         rdft_buf[s->rdft_len/2] = rdft_buf[s->rdft_len-1];
554
555         if (dump_fp)
556             dump_fir(ctx, dump_fp, ch);
557
558         if (!s->multi)
559             break;
560     }
561
562     memcpy(s->kernel_buf, s->kernel_tmp_buf, (s->multi ? inlink->channels : 1) * s->rdft_len * sizeof(*s->kernel_buf));
563     av_expr_free(gain_expr);
564     if (dump_fp)
565         fclose(dump_fp);
566     return 0;
567 }
568
569 #define SELECT_GAIN(s) (s->gain_cmd ? s->gain_cmd : s->gain)
570 #define SELECT_GAIN_ENTRY(s) (s->gain_entry_cmd ? s->gain_entry_cmd : s->gain_entry)
571
572 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
573 {
574     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
575     FIREqualizerContext *s = ctx->priv;
576     int rdft_bits;
577
578     common_uninit(s);
579
580     s->next_pts = 0;
581     s->frame_nsamples_max = 0;
582
583     s->fir_len = FFMAX(2 * (int)(inlink->sample_rate * s->delay) + 1, 3);
584     s->remaining = s->fir_len - 1;
585
586     for (rdft_bits = RDFT_BITS_MIN; rdft_bits <= RDFT_BITS_MAX; rdft_bits++) {
587         s->rdft_len = 1 << rdft_bits;
588         s->nsamples_max = s->rdft_len - s->fir_len + 1;
589         if (s->nsamples_max * 2 >= s->fir_len)
590             break;
591     }
592
593     if (rdft_bits > RDFT_BITS_MAX) {
594         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "too large delay, please decrease it.\n");
595         return AVERROR(EINVAL);
596     }
597
598     if (!(s->rdft = av_rdft_init(rdft_bits, DFT_R2C)) || !(s->irdft = av_rdft_init(rdft_bits, IDFT_C2R)))
599         return AVERROR(ENOMEM);
600
601     for ( ; rdft_bits <= RDFT_BITS_MAX; rdft_bits++) {
602         s->analysis_rdft_len = 1 << rdft_bits;
603         if (inlink->sample_rate <= s->accuracy * s->analysis_rdft_len)
604             break;
605     }
606
607     if (rdft_bits > RDFT_BITS_MAX) {
608         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "too small accuracy, please increase it.\n");
609         return AVERROR(EINVAL);
610     }
611
612     if (!(s->analysis_irdft = av_rdft_init(rdft_bits, IDFT_C2R)))
613         return AVERROR(ENOMEM);
614
615     if (s->dumpfile) {
616         s->analysis_rdft = av_rdft_init(rdft_bits, DFT_R2C);
617         s->dump_buf = av_malloc_array(s->analysis_rdft_len, sizeof(*s->dump_buf));
618     }
619
620     s->analysis_buf = av_malloc_array(s->analysis_rdft_len, sizeof(*s->analysis_buf));
621     s->kernel_tmp_buf = av_malloc_array(s->rdft_len * (s->multi ? inlink->channels : 1), sizeof(*s->kernel_tmp_buf));
622     s->kernel_buf = av_malloc_array(s->rdft_len * (s->multi ? inlink->channels : 1), sizeof(*s->kernel_buf));
623     s->conv_buf   = av_calloc(2 * s->rdft_len * inlink->channels, sizeof(*s->conv_buf));
624     s->conv_idx   = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->conv_idx));
625     if (!s->analysis_buf || !s->kernel_tmp_buf || !s->kernel_buf || !s->conv_buf || !s->conv_idx)
626         return AVERROR(ENOMEM);
627
628     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "sample_rate = %d, channels = %d, analysis_rdft_len = %d, rdft_len = %d, fir_len = %d, nsamples_max = %d.\n",
629            inlink->sample_rate, inlink->channels, s->analysis_rdft_len, s->rdft_len, s->fir_len, s->nsamples_max);
630
631     if (s->fixed)
632         inlink->min_samples = inlink->max_samples = inlink->partial_buf_size = s->nsamples_max;
633
634     return generate_kernel(ctx, SELECT_GAIN(s), SELECT_GAIN_ENTRY(s));
635 }
636
637 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
638 {
639     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
640     FIREqualizerContext *s = ctx->priv;
641     int ch;
642
643     for (ch = 0; ch < inlink->channels; ch++) {
644         fast_convolute(s, s->kernel_buf + (s->multi ? ch * s->rdft_len : 0),
645                        s->conv_buf + 2 * ch * s->rdft_len, s->conv_idx + ch,
646                        (float *) frame->extended_data[ch], frame->nb_samples);
647     }
648
649     s->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
650     if (frame->pts != AV_NOPTS_VALUE) {
651         s->next_pts = frame->pts + av_rescale_q(frame->nb_samples, av_make_q(1, inlink->sample_rate), inlink->time_base);
652         if (s->zero_phase)
653             frame->pts -= av_rescale_q(s->fir_len/2, av_make_q(1, inlink->sample_rate), inlink->time_base);
654     }
655     s->frame_nsamples_max = FFMAX(s->frame_nsamples_max, frame->nb_samples);
656     return ff_filter_frame(ctx->outputs[0], frame);
657 }
658
659 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
660 {
661     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
662     FIREqualizerContext *s= ctx->priv;
663     int ret;
664
665     ret = ff_request_frame(ctx->inputs[0]);
666     if (ret == AVERROR_EOF && s->remaining > 0 && s->frame_nsamples_max > 0) {
667         AVFrame *frame = ff_get_audio_buffer(outlink, FFMIN(s->remaining, s->frame_nsamples_max));
668
669         if (!frame)
670             return AVERROR(ENOMEM);
671
672         av_samples_set_silence(frame->extended_data, 0, frame->nb_samples, outlink->channels, frame->format);
673         frame->pts = s->next_pts;
674         s->remaining -= frame->nb_samples;
675         ret = filter_frame(ctx->inputs[0], frame);
676     }
677
678     return ret;
679 }
680
681 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
682                            char *res, int res_len, int flags)
683 {
684     FIREqualizerContext *s = ctx->priv;
685     int ret = AVERROR(ENOSYS);
686
687     if (!strcmp(cmd, "gain")) {
688         char *gain_cmd;
689
690         if (SELECT_GAIN(s) && !strcmp(SELECT_GAIN(s), args)) {
691             av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "equal gain, do not rebuild.\n");
692             return 0;
693         }
694
695         gain_cmd = av_strdup(args);
696         if (!gain_cmd)
697             return AVERROR(ENOMEM);
698
699         ret = generate_kernel(ctx, gain_cmd, SELECT_GAIN_ENTRY(s));
700         if (ret >= 0) {
701             av_freep(&s->gain_cmd);
702             s->gain_cmd = gain_cmd;
703         } else {
704             av_freep(&gain_cmd);
705         }
706     } else if (!strcmp(cmd, "gain_entry")) {
707         char *gain_entry_cmd;
708
709         if (SELECT_GAIN_ENTRY(s) && !strcmp(SELECT_GAIN_ENTRY(s), args)) {
710             av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "equal gain_entry, do not rebuild.\n");
711             return 0;
712         }
713
714         gain_entry_cmd = av_strdup(args);
715         if (!gain_entry_cmd)
716             return AVERROR(ENOMEM);
717
718         ret = generate_kernel(ctx, SELECT_GAIN(s), gain_entry_cmd);
719         if (ret >= 0) {
720             av_freep(&s->gain_entry_cmd);
721             s->gain_entry_cmd = gain_entry_cmd;
722         } else {
723             av_freep(&gain_entry_cmd);
724         }
725     }
726
727     return ret;
728 }
729
730 static const AVFilterPad firequalizer_inputs[] = {
731     {
732         .name           = "default",
733         .config_props   = config_input,
734         .filter_frame   = filter_frame,
735         .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
736         .needs_writable = 1,
737     },
738     { NULL }
739 };
740
741 static const AVFilterPad firequalizer_outputs[] = {
742     {
743         .name           = "default",
744         .request_frame  = request_frame,
745         .type           = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
746     },
747     { NULL }
748 };
749
750 AVFilter ff_af_firequalizer = {
751     .name               = "firequalizer",
752     .description        = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Finite Impulse Response Equalizer."),
753     .uninit             = uninit,
754     .query_formats      = query_formats,
755     .process_command    = process_command,
756     .priv_size          = sizeof(FIREqualizerContext),
757     .inputs             = firequalizer_inputs,
758     .outputs            = firequalizer_outputs,
759     .priv_class         = &firequalizer_class,
760 };